深度解析CAN/RS-485總線的終端電阻設置
發布時間:2019-06-05 責任編輯:xueqi
【導讀】終zhong端duan電dian阻zu的de作zuo用yong是shi消xiao除chu信xin號hao反fan射she,但dan其qi實shi並bing不bu是shi所suo有you情qing況kuang都dou需xu要yao終zhong端duan電dian阻zu,有you時shi終zhong端duan電dian阻zu反fan而er會hui影ying響xiang信xin號hao質zhi量liang。本ben篇pian文wen章zhang為wei大da家jia深shen度du解jie析xiCAN/RS-485總線的終端電阻設置。
如果我們查詢百度百科,終端電阻的檔案似乎十分清白:

仿fang佛fo在zai通tong訊xun鏈lian路lu的de首shou末mo兩liang端duan加jia上shang這zhe樣yang一yi個ge法fa寶bao,即ji可ke避bi免mian信xin號hao的de反fan射she,使shi信xin號hao的de傳chuan播bo更geng為wei順shun暢chang。這zhe樣yang說shuo雖sui然ran沒mei有you錯cuo誤wu,但dan仍reng有you些xie細xi枝zhi末mo節jie沒mei能neng捋lv出chu頭tou緒xu。下xia麵mian讓rang我wo們men來lai看kan看kanCAN總線和485總線中終端電阻的情況如何?
一 CAN總線

CAN總線中,終端電阻是必不可少的。它存在的意義主要包括兩點:
可以確保電平快速進入隱性狀態;
提升信號質量。
1、確保電平快速進入隱性狀態
在顯性狀態期間,總線的寄生電容會被充電,而在恢複到隱性狀態時,這些電容需要放電。如果CANH、CANL之間沒有放置任何阻性負載,電容隻能通過收發器內部的差分電阻放電。我們在收發器的CANH、CANL之間加入一個220PF的電容進行模擬試驗,位速率為500kbit/s,波形如下圖所示。

CAN總線 220pf無終端電阻

CAN總線 220pf增加終端電阻
2、提高信號質量
信號在較高的轉換速率情況下,信號邊沿能量遇到阻抗不匹配時,會產生信號反射;傳輸線纜橫截麵的幾何結構發生變化,線纜的特征阻抗會隨之變化,也會造成反射。
在(zai)總(zong)線(xian)線(xian)纜(lan)的(de)末(mo)端(duan),阻(zu)抗(kang)急(ji)劇(ju)變(bian)化(hua)導(dao)致(zhi)信(xin)號(hao)邊(bian)沿(yan)能(neng)量(liang)反(fan)射(she),總(zong)線(xian)信(xin)號(hao)上(shang)會(hui)產(chan)生(sheng)振(zhen)鈴(ling),若(ruo)振(zhen)鈴(ling)幅(fu)度(du)過(guo)大(da),就(jiu)會(hui)影(ying)響(xiang)通(tong)信(xin)質(zhi)量(liang)。在(zai)線(xian)纜(lan)末(mo)端(duan)增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)與(yu)線(xian)纜(lan)特(te)征(zheng)阻(zu)抗(kang)一(yi)致(zhi)的(de)終(zhong)端(duan)電(dian)阻(zu),可(ke)以(yi)將(jiang)這(zhe)部(bu)分(fen)能(neng)量(liang)吸(xi)收(shou),避(bi)免(mian)振(zhen)鈴(ling)的(de)產(chan)生(sheng),如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)。

CAN總線無終端電阻

CAN總線增加終端電阻
二 485總線

1、RS-485總線增加終端電阻好處
485總線設置終端電阻主要是為了用來抑製信號的反射。
提高信號質量組建RS-485總線網絡時,通常使用特性阻抗為120Ω的屏蔽雙絞線,由於RS-485收發器輸入阻抗一般較高(例如RSM485ECHT輸入阻抗為96kΩ,最多可連接256個節點),在信號傳輸到總線末端時會由於受到的瞬時阻抗發生突變(以RSM485ECHT為例,阻抗由120Ω變為96kΩ),導致信號發生反射,影響信號的質量。RSM485ECHT在1200m,500kbps通信速率的情況下不加終端電阻和加終端電阻的波形如下圖所示,終端電阻明顯改善了信號的質量。

RSM485ECHT 1200m 500kbps不加終端電阻

RSM485ECHT 1200m 500kbps 加終端電阻
2、RS-485增加終端電阻的問題
終端電阻雖然可以提高信號質量,但還具有以下幾個問題:
降低了驅動信號的幅值
RS-485總線上的負載越大,RS-485收發器輸出差分電壓幅值越低,RSM485ECHT在5m,500kbps的情況下不加終端電阻和加終端電阻的波形如下圖所示。

RSM485ECHT 5m 500kbps 不加終端

RSM485ECHT 5m 500kbps 加終端
增大了通信線上的壓降
增加終端電阻使通信線纜上的電流增大,產生了較大的壓差,降低了接收端的信號幅值。RSM485ECHT在1200m,115.2kbps首端和末端的信號波形如下圖所示(0.75mm2通信線),末端信號與首端信號相比下降了0.7V左右。

RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加終端電阻 首端波形

RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加終端電阻 末端波形
增大了收發器的功耗
增加終端電阻對於接收狀態時的工作電流影響不大,但會大大增加驅動狀態時的工作電流。以RSM485ECHT為例,RSM485ECHT處於接收狀態時工作電流為20mA左右,在驅動狀態不加終端電阻時工作電流為27mA左右,在驅動狀態加終端電阻時工作電流為83mA左右,可以看出終端電阻大大增加了RS-485收發器的功耗,對於有功耗要求的應用場合,應謹慎使用終端電阻。
3、RS-485終端電阻設置
通信速度低或者通信距離近的情況下建議不加終端電阻
tongxinsududihuozhetongxinjulijindeqingkuangxia,xinhaofansheduitongxinxinhaodeyingxiangbuda,erqiebujiazhongduandianzukeyidadajiangdigonghao,bingqietongguojiajiaodashangxialadianzuzhijikebaozhengRS-485總線空閑時具有較高的差分電壓幅值,提高了通信的可靠性。
通信距離較長且通信速度較快,對信號質量要求較高的情況
此ci時shi可ke以yi增zeng加jia終zhong端duan電dian阻zu,防fang止zhi阻zu抗kang突tu變bian引yin起qi的de信xin號hao反fan射she問wen題ti,提ti高gao信xin號hao質zhi量liang,但dan應ying確que保bao在zai總zong線xian空kong閑xian時shi總zong線xian的de差cha分fen電dian壓ya不bu處chu於yu門men限xian電dian平ping範fan圍wei內nei。
對功耗有要求且通信距離較長的情況
反射信號在總線上來回反彈,反射信號會逐漸消耗掉。

RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加終端 首端波形

RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加終端 末端波形
三 總結
對於CAN總線而言,為保證通訊的穩定性,必須增設終端電阻;RS-485總線不一樣。終端電阻的設置需要根據情況而設置,在設計建議預留終端電阻位置或者使用ZLG致遠電子隔離收發器係列產品,能有效解決總線幹擾、通信異常等問題。與傳統的設計相比,其內置完整的隔離DC-DC電路、信號隔離電路、總線收發電路以及防護電路,具備更高的集成度與可靠性,適用於需要高穩定性通訊的場合,能夠有效幫助您提升總線通信防護等級。

來源:ZLG立功科技
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